行列式——特殊行列式的总结

前言:特殊行列式的总结

0X00 对角行列式

可用行列式的基本定义去证明

0X01 上(下)三角形行列式

可用行列式的基本定义去证明

例题:

求解 D_n = \left|\begin{matrix}a&b&b&\cdots&b\\b&a&b&\cdots&b\\\vdots&\vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\b&b&b&\cdots&a\\\end{matrix}\right| D_n 的值

可得:D_n = (a+(n-1)b)\cdot (a-b)^{n-1}

0X02 分块三角形行列式

0X03 范德蒙行列式

其中 a \neq b \neq c,这仅仅是三阶的例子

其实范德蒙行列式公式最后的值只跟第二行有关:第二行所有的数两两相减并相乘

0X04 箭头形行列式

D_n = \left|\begin{matrix}x_1&1&1&\cdots&1\\1&x_2&&&\\1&&x_3&&\\\vdots&&&\ddots&\\1&&&&x_n\end{matrix}\right|(空白处为 0)

做法就是把第一列除第一项以外全部消掉:

\left|\begin{matrix}x_1 - \frac{1}{x_2}-\frac{1}{x_3}-\cdots-\frac{1}{x_n}&1&1&\cdots&1\\0&x_2&&&\\0&&x_3&&\\\vdots&&&\ddots&\\0&&&&x_n\end{matrix}\right|

最后得到:

D_n = (x_1-\sum_{i=2}^{n} \frac{1}{x_i} ) \prod_{i=2}^{n}x_i

0X05 行列式重要法则与定理

余子式与代数余子式

首先我们定义:

  • 余子式:M_{ij}
  • 代数余子式:A_{ij} = (-1)^{i+j}M_{ij}

所以我们先来看余子式是啥:

假设我们有\left|\begin{matrix}a_{11}&a_{12}&a_{13}\\a_{21}&a_{22}&a_{23}\\a_{31}&a_{32}&a_{33}\end{matrix}\right|,我们要计算 M_{11} 其实相当于把第 1 行与第 1 列划掉,得到:\left|\begin{matrix}-&-&-\\|&a_{22}&a_{23}\\|&a_{32}&a_{33}\end{matrix}\right| = \left|\begin{matrix}a_{22}&a_{23}\\a_{32}&a_{33}\end{matrix}\right|

从而得到 A_{11} = (-1)^{1+1} \left|\begin{matrix}a_{22}&a_{23}\\a_{32}&a_{33}\end{matrix}\right| = (-1)^{2} \left|\begin{matrix}a_{22}&a_{23}\\a_{32}&a_{33}\end{matrix}\right|

展开定理

行列式可以按某一行或者某一列展开,达到降阶的目的,假设我们有这样的行列式:

D= \left|\begin{matrix}a_{11}&a_{12}&\cdots&a_{1n}\\a_{21}&a_{22}&\cdots&a_{2n}\\\vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\a_{n1}&a_{n2}&\cdots&a_{nn}\end{matrix}\right|

按第一列展开:

D = a_{11}A_{11} + a_{12}A_{12} + \cdots + a_{1n}A_{1n}

克拉默法则

其中的 D= \left|\begin{matrix}a_{11}&a_{12}&\cdots&a_{1n}\\a_{21}&a_{22}&\cdots&a_{2n}\\\vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\a_{n1}&a_{n2}&\cdots&a_{nn}\end{matrix}\right|

D_n 就是把等式右边的 b 移到第 n 列上,比如 D_1 = \left|\begin{matrix}b_{1}&a_{12}&\cdots&a_{1n}\\b_{2}&a_{22}&\cdots&a_{2n}\\\vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\b_{n}&a_{n2}&\cdots&a_{nn}\end{matrix}\right|

这就是克拉默法则

齐次(方阵)线性方程组的解

之前我们都是这样的式子:

Ax = b

而对于齐次式来说,我们要计算的是:

Ax = 0

这个方程只有两种情况:

  • 只有零解

    |A| \neq 0

  • 有非零解

|A| = 0

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